光催化氧化技术在水处理中的应用的研究进展
摘要：本文主要介绍了二氧化钛
( TiO2) 光催化氧化的机理, 阐述了 TiO2 光催化氧化技术在
降解水中有机污染物、无机污染物及饮用水净化和垃圾渗滤液等的处理中的研究进展
, 并对
TiO2 光催化氧化技术的应用研究和发展前景进行了展望。
关键词：光催化氧化；水处理；二氧化钛
光催化氧化技术是近 30 年才出现的水处理新技术；它作为一种新的环境净化技术正在
受到广泛的关注。由于近年来随着人们生活水平的提高和工业迅速的发展，产生大量的废水，
这些废水中含有如苯胺、硝基苯、邻苯二甲酸类等含有苯环、胺基、偶氮等基团的有毒有机污
染物
,不但难以生物降解 ,而且多为致癌物质
[1]
,危及人的身体健康，有的废水中还含有
SO
3
-
、
I
-
、
Br
-
、
Cl
-
、
Fe
2+
、
Ce
3+
和
CN
-
等无机污染物。这些废水如果直接排放
,不仅会影响水生植物
的光合作用
,降低水中的溶解氧,影响水生动物的生长,而且废水中含有的大量硫酸盐,也会在
土壤中转化为硫化物
,引起植物根部腐烂,使土壤性质恶化
[2]
,造成严重的环境危害。近年来,很
多学者进行了光催化降解废水的研究
,也取得了可喜的进展。并且对光催化技术的研究已涉
及到废水处理和空气净化等方面
, 该法与其它物理的或化学的水处理方法相比, 具有如下优
点：能达到使有害物质完全分解的目的；可以在常温压下操作
, 减少操作上的困难不需要大
量消耗光以外的其它物质
, 可以降低能耗和原材料消耗
[3]
；并且
TiO
2
等光催化剂由于具有光
催化活性高、稳定性好、对人体无毒、价廉等独特的优点
,成为最受人们青睐的一种绿色环保
型光催化剂
[4]
。根据已有的研究
[3-7]
,发现卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、硝基芳烃、取代苯
胺、多环芳烃、杂环化合物、其他烃类、酚类、染料、表面活性剂、农药等都能有效地进行光催化
反应
, 最终生成 H
2
O、CO
2
和无机盐等
,从而达到污染物无害化处理的要求。其缺点是尚不能用
于大量和迅速处理，这也是目前开发中要深入研究的问题。
1. 光催化氧化使用的氧化剂
1976 年 John.H.Carey
[8]
将光催化技术应用于多氯联苯的脱氯，发现
TiO
2
悬浮液中, 浓度
约为
50g/L 的联氯化物经过 0.5h 的光照反应, 即完全脱氯, 中间产物中没有联氯；1977 年,S.
N. F rank 和 A. J . Bard 首次报道了以悬浮的 TiO2 粉末光催化降解含 CN
-
溶液
[9-10]
.并发现
TiO
2
、
ZnO、CdS 能有效催化 CN
-
为 CNO
-
, TiO
2
、
ZnO、CdS、Fe2O3 能有效催化 SO
2
-3
为 SO
2
-4
并且在
TiO
2
光催化降解有机物方面也取得了满意的效果, 从此光催化氧化剂的研究工作取
得 了 很 大 进 展 ， 光 催 化 氧 化 技 术 中 常 用 的 氧 化 剂 为 半 导 体 催 化 剂
, 如 TiO
2
、
ZnO、CdS、CdO、Fe
2
O
3
、SnO
2
、WO
3
等,其中 TiO
2
因催化活性高、价廉易得、性质稳定、无毒、
抗化学和光腐蚀等优点而成为众多科研工作者的首选。
2. 光催化反应降解水中污染物的原理
光催化降解技术中, 通常是以 TiO
2
等半导体材料为催化剂。这些半导体粒子的能带结构
一般由填满电子的价带和空的高能导带构成
, 价带和导带之间存在禁带, 当用能量等于或大
于禁带宽度的光照射到半导体时
, 价带上的电子(e
-
) 被激发跃迁到导带形成光生电子( e
-
) ,
在价带上产生空穴
( h
+
) , 并在电场作用下分别迁移到粒子表面。光生电子( e- ) 易被水中溶解
氧等氧化性物质所捕获
, 而空穴因具有极强的获取电子的能力而具有很强的氧化能力 , 可将